Giíi thiÖu Ph−¬ng ph¸p ®o vμ c¸c kÕt qu¶

x¸c ®Þnh hÖ sè b¸m b¸nh xe víi ray

trong vËn hμnh

PGS. TS. vò duy léc Bé m«n §Çu m¸y - Toa xe Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §HGTVT

Tãm t¾t: Bμi b¸o giíi thiÖu ph−¬ng ph¸p vμ nh÷ng kÕt qu¶ thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh hÖ sè b¸m

cña b¸nh xe víi ray cña ®oμn tÇu chuyÓn ®éng ë vËn tèc ®Õn 200km/h.

Summary: The article is an introduction of test results and method of evaluating the

adhesion coefficient between wheel and rail of the train moving with the speed up to 200km/h.

i. ®Æt vÊn ®Ò

N©ng cao tèc ®é chuyÓn ®éng ®oµn tÇu cÇn gi¶i quyÕt mét lo¹t vÊn ®Ò c¬ b¶n ®Ó ®¶m b¶o an toµn vËn hµnh, ®ã lµ ph¶i ®¶m b¶o lùc h·m nhá h¬n hoÆc b»ng lùc b¸m cña b¸nh xe víi ray.

Lùc b¸m phô thuéc vµo hÖ sè b¸m, t¶i träng trôc… V× vËy cÇn nghiªn cøu, x¸c ®Þnh quan hÖ gi÷a hÖ sè b¸m thÝ nghiÖm víi hÖ sè b¸m tÝnh to¸n. Tõ kÕt qu¶ nghiªn cøu hÖ sè b¸m x¸c ®Þnh lùc h·m hîp lý vµ hoµn thiÖn thiÕt bÞ chèng lÕt b¸nh xe khi h·m.

ii. Néi dung

B¶ng 1

Lo¹i toa xe

Tèc ®é (km/h)

Hµng

Kh¸ch

20 100 120 40 120 140 160 200

Víi môc ®Ých ph¶n ¸nh sù æn ®Þnh ®−îc thùc hiÖn trong vËn hµnh nh÷ng thay ®æi kÕt qu¶ nghiªn cøu theo giíi h¹n x¸c ®Þnh cña hÖ sè b¸m b¸nh xe víi ray trong chu kú theo dâi, trªn c¬ së ®ã hiÖu chØnh nh÷ng chØ tiªu nhËn ®−îc vµ mèi quan hÖ trong tÝnh to¸n.

TrÞ sè cña hÖ sè b¸m ψ(v) phô thuéc vµo t¶i träng trôc (tÊn) 20 0,116 0,086 0,082 0,124 0,097 0,094 0,090 0,080

15 0,121 0,090 0,085 0,130 0,102 0,098 0,094 0,087

10 0,126 0,094 0,090 0,138 0,107 0,102 0,092

22 0,113 0,084 0,088 0,122 0,090 0,088 0,082 0,076

6 0,131 0,097 0,093

HÇu hÕt nh÷ng nghiªn cøu thö nghiÖm qu¸ tr×nh b¸m b¸nh xe víi ray khi h·m phô thuéc vµo thêi gian h·m. Trong nh÷ng n¨m 1970, tËp san ВНИИЖТ ®· giíi thiÖu 1500 thÝ nghiÖm trªn chiÒu dµi khu gian h¬n 30.000km ®Ó x©y dùng quan hÖ hÖ sè b¸m phô thuéc vµo tèc ®é, t¶i träng trôc ®èi víi c¸c lo¹i ®oµn tÇu kh¸ch, hµng vµ ®Çu m¸y.

§Ó thuËn tiÖn cho sö dông khi tÝnh to¸n h·m trong ®iÒu kiÖn cho phÐp, hÖ sè b¸m b¸nh xe víi ray giíi thiÖu trong b¶ng 1.

Nh÷ng kinh nghiÖm vËn hµnh vµ nghiªn cøu chuyªn dïng thùc hiÖn trªn c¸c tuyÕn ®−êng s¾t thÊy r»ng, tû lÖ gi÷a lùc b¸m vµ lùc h·m ®oµn tÇu theo kÕt qu¶ tÝnh to¸n nhËn ®−îc nh÷ng gi¸ trÞ rÊt t¶n m¹n (th−êng kh«ng theo quy luËt), cã kho¶ng 10% s¸c xuÊt b¸nh xe bÞ tr−ît trong vËn hµnh (h×nh 1).

ψP = 0,17 - 0,0015 (qo - 5). v + 576 4v +576

0,12 0,1

0,08

0,06 0,04

ψk

0,02 0

160

180

200 V, km/s

80

60

100 120

140

Trong tr−êng hîp chung, giíi h¹n lùc b¸m b¸nh xe víi ray còng nh− hÖ sè b¸m yªu cÇu ph¶i lín h¬n lùc h·m vµ hÖ sè ma s¸t (x¸c ®Þnh theo lý thuyÕt cña s¸c xuÊt vµ biÕn d¹ng dÎo kim lo¹i).

H×nh 1. Giíi thiÖu hÖ sè b¸m b¸nh xe víi ray, phô thuéc vμo tèc ®é chuyÓn ®éng cña ®oμn tÇu trªn khu ®o¹n:

trong ®ã:

⎯⎯ HÖ sè b¸m tÝnh to¸n;

• HÖ sè b¸m theo kÕt qu¶ h·m dõng tÇu;

HÖ sè b¸m ψ phô thuéc lo¹i ®oµn tÇu, ®iÒu kiÖn m«i tr−êng xung quanh, h−íng vËn chuyÓn, vËt liÖu chÕ t¹o guèc h·m vµ tèc ®é vËn hµnh.

o HÖ sè b¸m theo kÕt qu¶ lùc h·m trªn mét trôc.

t¹o

§¸t trÝch ®o lùc h·m BT

M¸ h·m Quang treo

Gi¸ chuyÓn

Tõ kÕt qu¶ thÝ nghiÖm cña toa xe nhµ m¸y chÕ ТВЕРСКИЙ trong nh÷ng ®iÒu kiÖn vËn hµnh OAO, ng−êi ta ®· chÕ t¹o mét lo¹i toa xe míi cã tæng träng 57,9 tÊn (t¶i träng trôc qo = 14,475tÊn), toa xe ®−îc trang bÞ h·m ®Üa cã b¸n kÝnh ®Üa h·m r = 237mm, b¸n kÝnh b¸nh xe R = 475mm, cã thiÕt bÞ chèng lÕt bape - 4, van h·m lo¹i 182 - 01, cã thiÕt bÞ th«ng b¸o ¸p lùc lo¹i No 115A chÕ t¹o t¹i OAO “Транс-Маш".

§¸t trÝch ®o lùc nÐn K

§Üa h·m

Xi lanh h·m

B¸nh xe

Lùc h·m BT

Mçi xi lanh h·m toa xe nèi trùc tiÕp víi hÖ thèng truyÒn ®éng (xem h×nh 2) t¹o thµnh lùc Ðp K trªn hai m¸ h·m theo hai phÝa ®Üa h·m cña bé trôc b¸nh.

§Ó ®o trÞ sè lùc nÐn K, ng−êi ta ®· sö dông ®¸t trÝch kÑp chÆt trªn c¸ h·m. Môc ®Ých ®Ó x¸c ®Þnh ®iÓm phï hîp víi trÞ sè øng suÊt kÐo, nÐn trªn nh÷ng phÝa kh¸c nhau cña chi tiÕt.

H×nh 2.

C¨n cø vµo s¬ ®å giíi thiÖu ë trªn,

ng−êi ta x¸c ®Þnh ®−îc lùc nÐn K, lùc h·m BT, hÖ sè ma s¸t ϕ trªn c¬ së biÕn d¹ng uèn cña biªn treo.

Trong thÝ nghiÖm ®· sö dông lo¹i ®¸t trÝch ДДХ cã d¶i tõ 0 ÷ 10KG/cm2, ®é sai lÖch kh«ng

qu¸ 0,5% ®Ó ®o ¸p lùc. Pk, KG/cm2

¸p suÊt giã Ðp èng h·m chÝnh 5 4

3

2 ¸p suÊt giã xilanh h·m 1 Ph©n tÝch biÓu ®å cho thÊy, ¸p suÊt xilanh h·m lín nhÊt 4,1KG/cm2, thêi gian n¹p ®Çy xilanh h·m 4,9 gi©y, toa xe ®−îc trang bÞ guèc h·m comporits lo¹i max 140 - 42 - 70. 0 t, s 10 11 12 13 14 15 17 18 19 16

H×nh 3. Giíi thiÖu biÓu ®å n¹p ®Çy giã xilanh h·m khi h·m khÈn

V,km/h

Tèc ®é chuyÓn ®éng cña trôc b¸nh

Trong chu kú ®Çu tiªn thùc hiÖn 34 thÝ nghiÖm ®¸nh gi¸ møc ®é b¸m b¸nh xe víi ray khi h·m ë tèc ®é 80 ÷ 200km/h, cã 26 thÝ nghiÖm trÞ sè lùc b¸m ®¹t ®−îc n»m trong giíi h¹n cho phÐp, 5 thÝ nghiÖm nhËn ®−îc gi¸ trÞ lùc b¸m lín nhÊt, kho¶ng 20 ÷ 30% tr−êng hîp thiÕt bÞ tù ®éng chèng lÕt lµm viÖc, 3 tr−êng hîp cÆp trôc b¸nh xe bÞ tr−ît víi chiÒu dµi tõ 30 ÷ 50mm.

P, atm BT 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 -0,2

220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 -20

5,5 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 -0,5

10 12 14

16 18 20

22 24

26 28 30

Thùc tÕ trong mçi tr−êng hîp gi¸ trÞ cuèi cïng ¸p suÊt ®¹t ®−îc cña xilanh h·m v−ît qu¸ gi¸ trÞ tÝnh to¸n. KÕt qu¶ ghi l¹i cña 1 trong 26 thÝ nghiÖm khi trÞ sè tr−ît bé trôc b¸nh lín nhÊt do h·m cã quan hÖ víi thiÕt bÞ chèng lÕt.

H×nh 4. Ghi kÕt qu¶ thÝ nghiÖm víi sù tr−ît t−¬ng ®èi

kh«ng lín cña bé trôc b¸nh

Râ rµng, trong tr−êng hîp ë khu vùc bÞ lÕt, sù b¸m gi¶m t¹o ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn lÕt, cßn sau khi b¸nh xe ®−îc h·m cã lùc h·m nhá h¬n lùc b¸m th× b¸nh xe tù kh«i phôc l¹i chuyÓn ®éng quay. Gi¸ trÞ hÖ sè b¸m khi thÝ nghiÖm b»ng kho¶ng 75% gi¸ trÞ tÝnh to¸n.

Khi lùc h·m b»ng lùc b¸m, mét trong nh÷ng cÆp b¸nh xe gi¶m sù quay, trong thêi gian ®ã tån t¹i mét trôc b¸nh xe nµo ®ã quay xung quanh nã. D−íi t¸c dông cña lùc h·m t¸c dông vµo cÆp trôc b¸nh lµm gi¶m gia tèc chuyÓn ®éng víi trÞ sè lín nhÊt lµ 15 km/h/s (4m/s2) th× sù tr−ît t−¬ng ®èi xÈy ra kho¶ng 8%. §iÒu ®ã phï hîp víi nhÞp lµm viÖc cña thiÕt bÞ chèng lÕt, ®ãng van cung cÊp giã Ðp vµo xilanh h·m vµ më van x¶ giã Ðp xi lanh h·m ra ngoµi trêi cho ®Õn khi sù tr−ît bé trôc b¸nh gi¶m ®Õn ng−ìng (møc ) quy ®Þnh. Sau ®ã van x¶ ®ãng, më van cung cÊp vµ qu¸ tr×nh h·m ®−îc lÆp l¹i. KiÓm tra tèc ®é quay mçi bé trôc b¸nh xe, x¸c ®Þnh nh÷ng trÞ sè cña sè lÇn tr−ît b¸nh xe, gi¶m gia tèc vµ so s¸nh nh÷ng trÞ sè nhËn ®−îc víi nh÷ng ng−ìng cho tr−íc cã h¬n 40 lÇn cho mçi cÆp b¸nh xe quay khi tèc ®é chuyÓn ®éng toa xe ®Õn 200km/giê. (Khi h·m toa xe cña ®oµn tÇu vËn hµnh víi tèc ®é cao, trang bÞ guèc h·m gang h·m suÊt cã thÓ

lÊy B¸nh xe = 90 ÷ 100%).

KÕt qu¶ thÝ nghiÖm x¸c ®Þnh hÖ sè b¸m b¸nh xe víi ray ®oµn tÇu kh¸ch khi h·m víi tèc ®é b¾t ®Çu h·m ®Õn 200km/h giíi thiÖu trong b¶ng 2.

§−êng h·m

αP = ψp/ψK

Tèc ®é b¾t ®Çu h·m

¸p suÊt xilanh h·m kG/cm2

¸p suÊt èng h·m chÝnh kG/cm2

100 109 154,7 155 184,2 82,2 99 100,7 141 162 125 84 157,9 198,8 202,2

4,92 4,95 4,90 4,93 4,89 4,80 4,8 4,85 4,80 4,90 4,83 4,93 4,99 4,95 4,94

3,55 1,13 4,10 4,11 1,04 4,00 4,00 4,04 4,01 4,00 4,00 4,08 4,16 4,08 4,07

HÖ sè tÝnh to¸n lùc nÐn vP 0,39 0,38 0,28 0,29 0,33 0,49 0,51 0,49 0,34 0,28 0,29 0,35 0,41 0,39 0,39

0,926 0,914 0,705 0,728 0,854 1,130 1,202 1,161 0,837 0,691 0,713 0,830 1,032 1,011 1,023

480,9 586,9 1554,1 1404,7 1778 282,3 387,7 412,2 1036,4 1596 939,4 378,4 1112,4 1792 1862,3

VÞ trÝ ®øng km+c C - sè cét mèc

B¶ng 2 Víi guèc h·m chÊt dÎo lo¹i 140-42-70 HÖ sè b¸m thùc tÕ b¸nh xe trªn ray ψp 0,100 0,096 0,067 0,064 0,077 0,130 0,131 0,126 0,082 0,066 0,072 0,093 0,098 0,089 0,089

ψ

p

§Ó thuËn lîi cho nghiªn cøu thùc tÕ, ta ®Æt hÖ sè αP x¸c ®Þnh b»ng tØ lÖ t−¬ng øng gi÷a hÖ sè b¸m thÝ nghiÖm ψP víi hÖ sè b¸m tÝnh to¸n [ψK] trong nh÷ng ®iÒu kiÖn gièng nhau vÒ tèc ®é

ψ

K

chuyÓn ®éng vµ t¶i träng: αP =

ψ

Trong mét lo¹i 15 thÝ nghiÖm giíi thiÖu trªn b¶ng, hÖ sè h·m (h·m suÊt) trung b×nh lµ 0,374 = Pv , sai lÖch lín nhÊt so víi Pv lµ 30%, hÖ sè b¸m trung b×nh ψP = 0,092 b»ng kho¶ng 90% hÖ sè b¸m tÝnh to¸n ψK = 0,9176.

0,14

1

0,12

iii. KÕt luËn

0,1

1. Nghiªn cøu vµ chuÈn bÞ thiÕt

3

0,08

bÞ ®o tæng hîp cho phÐp n©ng cao ®é

2

0,06

chÝnh x¸c vµ ®¸nh gi¸ ®óng gi¸ trÞ lùc

40

80

120

160 V, km/h

0

nÐn guèc h·m (®Üa h·m) vµ lùc h·m

HÖ sè b¸m tÝnh to¸n (ψk);

khi h·m còng nh− ®éng lùc häc qu¸ H×nh 5. §å thÞ hÖ sè b¸m b¸nh xe víi ray phô thuéc vμo tèc ®é tr×nh h·m víi sù tr−ît trong thêi gian

2,3 - hÖ sè b¸m thùc tÕ t−¬ng øng víi lùc nÐn K = 2,1tÊn/trôc vµ K = 2,85tÊn/trôc

ng¾n.

2. Nh÷ng kÕt qu¶ ®o thùc tÕ

nhËn ®−îc cho phÐp ®¸nh gi¸ ®iÒu kiÖn b¸m b¸nh xe víi ray trªn khu gian so víi hÖ sè b¸m tÝnh to¸n vµ nh÷ng kÕt qu¶ ®o trong ®iÒu kiÖn cña nh÷ng n¨m trªn ®©y.

3. KÕt qu¶ nghiªn cøu lµ c¬ së x¸c ®Þnh hÖ sè b¸m b¸nh xe víi ray vµ hîp lý ho¸ sö dông thiÕt bÞ chèng lÕt bé trôc b¸nh xe.

Tµi liÖu tham kh¶o

[1]. КАЗАРИНОВ В.М ВУКОЛОВЛА. КОЭФФИЦЕЛТЫ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИПРИ ТОРМОЖЕНИИ. ТРУДЫ ВНИИЖТ“ ИССЛЕДОВАНИЕ АВТО-ТОРМОЗНОИ ТЕХНИКИ НА ЖЕЛЗНЫХ ДОРОГАХ СССР. ВЫП 212.1961.

[2]. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИИ ОПЫТНЫХ КОНСТРУКЦИИ В.Г ИНОЗЕМЦЕВ М.Д. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ и ТЕПЛОВОЗНАЯ ТЯГА 1994.

[3]. КАЗАРИНОВ В.А ПОВЫЫЩЕНИЕ СЦЕПЛЕНИЯ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИ В РЕЖИМАХ ПОЕЗДОВ. ВНИИЖТ ВЫП 604.М.Транепорм. 1979.

[4]. Казаринов А.В. ВЫбОР ОПМИЦАЛЬНОГО РАСЪЕМНОГО КОЭФИЦИЕНМА СЦЕЛЕМИЯ КОЛЕС С РЕЛЬСАМИ ГЛЯ ВАЪОНОВ С ГИИЕККОВЫИ ТОРИОЗОЦ. ВНИИЖТ ВЫП 629.М.Транепорм. 1980♦